JP3953665B2 - Valve timing change device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に設けられ、吸気バルブ及び排気バルブの内の少なくとも一方のバルブタイミングを可変にする装置に関し、特に流体圧力により駆動されるバルブタイミング変更装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のバルブタイミング変更装置は、内燃機関の吸気バルブ若しくは排気バルブ又はそれら両バルブの開閉タイミングを可変にする装置である。この装置を備える狙いは、内燃機関の回転数、負荷、その他の条件に応じた最適なタイミングで吸気、排気をし、吸入効率の向上、燃費の向上、排気ガスのクリーン化などをすることにある。
【0003】
従来のバルブタイミング変更装置の一例として、特開平10−89020号に記載されたものがある。この特開平10−89020号の装置では、4つのベーン(羽根)を備えたベーンロータ(羽根車)をカムシャフトに設け、4つの突条部を備えたハウジングを、ベーンロータを覆うように、かつベーンロータに対して相対回転可能に設ける。ハウジングは被動ギアに固定され、その被動ギアはクランクシャフトに連結されていてクランクシャフトから回転動力を受ける。
【0004】
ベーンロータにおける4つのベーンの間はそれぞれ谷部となっており、ベーンロータには4つの谷部がある。また、ハウジングにおける4つの突条部の間はそれぞれ凹部となっており、ハウジングには4つの凹部がある。ベーンロータの4つのベーンはハウジングにおける4つの凹部にそれぞれ収容されている。また、ハウジングの4つの突条部はベーンロータにおける4つの谷部にそれぞれ収容されている。このように、円周方向にベーンと突条部とが交互に位置し、ハウジングにおける各凹部はそれぞれベーンで区画される。このベーンロータとハウジングとの組み合わせ構造により、円周方向におけるベーンの両側には進角圧力室及び遅角圧力室が形成される。装置全体で進角圧力室及び遅角圧力室はそれぞれ4つである。進角圧力室及び遅角圧力室にはオイルコントロールバルブ(OCV)から油圧が選択的に供給される。オイルコントロールバルブから進角圧力室及び遅角圧力室に至る油路は、進角用および遅角用に互いに独立に設けてある。
【0005】
その進角圧力室に油圧を加えることにより、ベーンロータの回転位相はハウジングに対して進み、逆に遅角圧力室に油圧を加えることにより、ベーンロータの回転位相はハウジングに対して遅れる。ベーンロータのベーンと突条部とが互いに非接触である回転角度範囲が、ベーンロータがハウジングに対し相対的に回転し得る角度の範囲であり、ベーンロータとハウジングとの間で取り得る回転位相差の範囲である。ハウジングは被動ギアに固定され、その被動ギアはクランクシャフトに連結されていてクランクシャフトから回転動力を受け、他方ベーンロータはカムシャフトに固定されている。そこで、ベーンロータとハウジングとの回転位相を調整することにより、クランクシャフトとカムシャフトとの回転位相が調整され、ひいては内燃機関のバルブタイミングが変更される。
【0006】
進角圧力室および遅角圧力室に油圧を伝達する油がベーンロータとハウジングとの間隙を通して漏れる量、即ち圧力室の油密性が低いと、オイルコントロールバルブから進角圧力室または遅角圧力室に油圧を供給してからベーンロータが回転するまでの時間が長くなり、バルブタイミング変更装置の作動応答性が低下する。
【0007】
また、クランクシャフトの回転数が低いときには、オイルポンプの回転数も低くいので、オイルコントロールバルブから供給される油の圧力が低い。このように油圧が低いときには、圧力室の油密性が低いと、ハウジングに対するベーンロータの位相が安定せず、バルブタイミングが不安定になる。
【0008】
上記特開平10−89020号のバルブタイミング変更装置においては、ベーンの先端部及び突条部の先端部にシールプレートを設け、そのシールプレートを板バネで付勢している。ベーンの先端部の板バネは、シールプレートを外方(径方向であって、外へ向かう方向)に付勢し、そのシールプレートをハウジングにおける凹部の底の表面に押付ける。突条部の先端部の板バネは、シールプレートを内方(径方向であって、内へ向かう方向)に付勢し、そのシールプレートをベーンロータにおける谷部の表面に押付ける。このように、ベーンの先端部及び突条部の先端部に、付勢されたシールプレートをそれぞれ設けることにより、ベーンロータの外周とハウジングの内周との摺り合わせ面をシールプレートで塞ぎ、圧力室の油密性を高めている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平10−89020号のバルブタイミング変更装置においては、前述のように、板バネで付勢されたシールプレートでベーンロータの外周とハウジングの内周との摺り合わせ面を塞いでいるので、圧力室の油密性は向上する。しかしながら、ハウジングにおける凹部の内周面およびベーンロータにおける谷部の外周面にシールプレートが常に付勢されて接触している従来技術の構造では、ベーンロータの軸方向の長さ(ベーンロータの厚み)全域において、ハウジングとベーンロータとが8個所で接触し、ハウジングとベーンロータとの摺動抵抗は相当に大きい。
【0010】
ハウジングとベーンロータとの摺動抵抗が大きいことは、バルブタイミング変更装置の作動応答性を低下させ、また内燃機関の回転数が低くてオイルポンプから供給される油圧が低いときに作動を不安定にする。そのうえ、シールプレートが常時接触する構造では、接触面が摩耗し、内燃機関の運転時間に応じてシールプレートの交換を要することになる。更に、シールプレート等のシール部材を用いて油密性を保つ構造では、シール部材や付勢用の板バネなどの部品を要するから、部品点数が多くなり、ひいては製造費の増大を招く。
【0011】
勿論、前述の従来のバルブタイミング変更装置において、シールプレートを単に除いてしまえば、シールプレートが常時接触していることに起因する摺動抵抗はなくなるが、油密性が低下する。もし、その従来のバルブタイミング変更装置において、シールプレート等のシール部材を単に除く構造を採用するならば、ベーンロータの外周とハウジングの内周とは微少な間隙で対面することになる。その間隙を一定に保持できる程に、ベーンロータとカムシャフトとの結合における軸合わせ精度や、ハウジングと被動ギアとの結合における軸合わせ精度を十分に高くとることは製造費の制約から事実上困難である。そこで、シールプレート等のシール部材を従来のものから単に除く構造では、ベーンロータとハウジングとの軸合わせ精度が不十分となり、一方のベーンの側では間隙が広すぎて油密性が不十分になり、180度反対のベーンの側では間隙が無くなり、ベーンロータの軸方向(厚み方向)の長さ全域においてベーンロータとハウジングとが直接に強く接触してしまい、摺動抵抗が著しく大きくなり、摩擦による摩耗が大きくなることは避け難い。
【0012】
たとえ、ベーンロータとハウジングとの軸合わせ精度が十分に高い値になるようにバルブタイミング変更装置を組み合わせることができ、ベーンロータの全周においてベーンロータとハウジングとの微小間隙を一定にできたとしても、圧力室の油密性を常に十分に保持できる程にその微小間隙を小さくすることは困難である。その理由は次の通りである。
【0013】
内燃機関において予定される油圧油の温度範囲は100度以上である。ベーンロータ及びハウジングはアルミニューム合金でなり、被動ギアは鉄系焼結合金でなる。ハウジングにおける軸方向の片端は被動ギアにボルトで緊締されている。そこで、ハウジングの被動ギア側(基端側)は被動ギアの線膨張係数で膨張し、被動ギアから遠い側(先端側)ではハウジングの材料自体の線膨張係数で膨張し、ハウジングの径方向膨張率は一様ではない。したがって、ベーンロータとハウジングとの微小間隙は、油圧油の温度が予定した範囲で変化しても、ベーンロータとハウジングとが接触しない程度に余裕を持たせた値、従って油密性の低い値に設計せざるを得ない。
【0014】
そこで、本発明の目的は、シールプレートなどのシール部材を用いることなく必要な圧力室の油密性を確保し、しかも少ない部品点数で構成できるバルブタイミング変更装置の提供にある。本発明の他の目的は、シール部材を用いることなく、ハウジングとベーンロータの軸合わせが容易にできるバルブタイミング変更装置の提供にある。更に、本発明の別の目的は、従来の装置より少ない数のシール部材でもって、必要な圧力室の油密性を確保できるバルブタイミング変更装置の提供にある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
▲1▼内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更可能にするバルブタイミング変更装置であって、ベルト、チェーン、歯車などの動力伝動手段を介してクランクシャフトから回転動力を受けることによりカムシャフトと同軸に回転する従動回転体と、該従動回転体に固定されているハウジングと、カムシャフトに固定されているベーンロータとを備えてなり、
前記従動回転体の線膨張係数は、前記ハウジング及び前記ベーンロータの線膨張係数より小さく、
前記従動回転体は、軸受けを介して前記カムシャフトにより相対回転可能に支えられ、
前記ハウジングは、前記ベーンロータを内包する空間を有し、
前記ハウジングの内周と前記ベーンロータの外周とは、微少な間隙を隔てているか、又は選択された領域で互いに接触しており、
前記ハウジングの内周には、内方に伸びる少なくとも1つの突条部が設けてあり、
前記ベーンロータのベーンと前記突条部とが互いに非接触である回転角度範囲が、前記ベーンロータとハウジングとの回転位相差限界を規定しており、
前記ベーンロータの回転方向において前記ベーンで前記空間が区画されることにより進角圧力室及び遅角圧力室が形成され、
前記進角圧力室及び遅角圧力室に流体圧力を選択的に供給することにより、前記ベーンロータ及び前記ハウジングを相対的に回転させ、バルブタイミングを変更する装置において、
前記ハウジング及び前記ベーンロータにおける前記従動回転体に近接する側を基端側と称し、前記従動回転体から離れた側を先端側と称するとともに、前記ハウジングの内周と前記ベーンロータの外周との間隙をg、前記先端側の端における間隙gをa、前記基端側の端における間隙gをbとするとき、常温においては、aはほぼ0であるか又は微少な値であり、b>aである
ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。
▲2▼前記先端側の端において前記ベーンロータの外周と前記ハウジングの内周とが全周で摺動する程度に前記aが微少であることを特徴とする前記▲1▼に記載のバルブタイミング変更装置。
▲3▼前記先端側の端から前記基端側の端までの間の前記間隙gは、aからbまで直線的に増大していることを特徴とする前記▲1▼又は▲2▼に記載のバルブタイミング変更装置。
▲4▼前記基端側における前記ベーンロータの径をr、前記従動回転体の線膨張係数と前記ベーンロータの線膨張係数との差をδc、予定する前記流体の最高温度Thとバルブタイミングの固定状態を解除するときの前記流体の温度Tuとの差をδtとするとき、b−aはほぼr*δc *δt であることを特徴とする前記▲1▼乃至▲3▼に記載のバルブタイミング変更装置。
▲5▼前記先端側の端から前記基端側の端までの軸方向の前記ベーンロータの厚みをwとするとき、前記先端側の端からw/10程度又はそれ以下の軸方向距離の位置P1において前記ベーンロータの外周又は前記ハウジングの内周に段差が設けてあり、前記先端側の端から位置P1までの間ではg=aであり、該位置P1から前記基端側の端までの間ではg=bである
ことを特徴とする前記▲1▼又は▲2▼に記載のバルブタイミング変更装置。
▲6▼前記ベーンロータの外周をなす母線または前記ハウジングの内周なす母線のいずれか一方の母線が該ベーンロータの軸に平行であることを特徴とする前記▲1▼乃至▲5▼に記載のバルブタイミング変更装置。
▲7▼内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更可能にするバルブタイミング変更装置であって、ベルト、チェーン、歯車などの動力伝動手段を介してクランクシャフトから回転動力を受けることによりカムシャフトと同軸に回転する従動回転体と、該従動回転体に固定されているハウジングと、カムシャフトに固定されているベーンロータとを備えてなり、
前記従動回転体の線膨張係数は、前記ハウジング及び前記ベーンロータの線膨張係数より小さく、
前記従動回転体は、軸受けを介して前記カムシャフトにより相対回転可能に支えられ、
前記ハウジングは、前記ベーンロータを内包する空間を有し、
前記ハウジングの内周と前記ベーンロータの外周とは、微少な間隙を隔てているか、又は選択された領域で互いに接触しており、
前記ハウジングの内周には、内方に伸びる少なくとも1つの突条部が設けてあり、
前記ベーンロータのベーンと前記突条部とが互いに非接触である回転角度範囲が、前記ベーンロータとハウジングとの回転位相差限界を規定しており、
前記ベーンロータの回転方向において前記ベーンで前記空間が区画されることにより進角圧力室及び遅角圧力室が形成され、
前記進角圧力室及び遅角圧力室に流体圧力を選択的に供給することにより、前記ベーンロータ及び前記ハウジングを相対的に回転させ、バルブタイミングを変更する装置において、
前記ハウジング及び前記ベーンロータにおける前記従動回転体に近接する側を基端側と称し、前記従動回転体から離れた側を先端側と称するとともに、前記ハウジングにおける前記空間の内周と前記ベーンの外周との間隙をg1、前記先端側の端における間隙g1をa1、前記基端側の端における間隙g1をb1とするとき、常温においては、a1はほぼ0であるか又は微少な値であり、b1>a1であり、
前記ベーンロータの周方向における複数の前記ベーン相互の間の外周領域である谷部と前記突条部の内周との間隙g2は一定であり、
前記間隙g2は、油密を保てる程に微小であるか、又は前記突条部の内周に設けられた前記シール部材で封止してある
ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。
▲8▼内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更可能にするバルブタイミング変更装置であって、ベルト、チェーン、歯車などの動力伝動手段を介してクランクシャフトから回転動力を受けることによりカムシャフトと同軸に回転する従動回転体と、該従動回転体に固定されているハウジングと、カムシャフトに固定されているベーンロータとを備えてなり、
前記従動回転体の線膨張係数は、前記ハウジング及び前記ベーンロータの線膨張係数より小さく、
前記従動回転体は、軸受けを介して前記カムシャフトにより相対回転可能に支えられ、
前記ハウジングは、前記ベーンロータを内包する空間を有し、
前記ハウジングの内周と前記ベーンロータの外周とは、微少な間隙を隔てているか、又は選択された領域で互いに接触しており、
前記ハウジングの内周には、内方に伸びる少なくとも1つの突条部が設けてあり、
前記ベーンロータのベーンと前記突条部とが互いに非接触である回転角度範囲が、前記ベーンロータとハウジングとの回転位相差限界を規定しており、
前記ベーンロータの回転方向において前記ベーンで前記空間が区画されることにより進角圧力室及び遅角圧力室が形成され、
前記進角圧力室及び遅角圧力室に流体圧力を選択的に供給することにより、前記ベーンロータ及び前記ハウジングを相対的に回転させ、バルブタイミングを変更する装置において、
前記ハウジングにおける前記空間の内周と前記ベーンの外周との間隙g1は一定であり、
前記間隙g1は、油密を保てる程に微小であるか、又はベーンの外周に設けられたシール部材で封止してあり、
前記ハウジング及び前記ベーンロータにおける前記従動回転体に近接する側を基端側と称し、前記従動回転体から離れた側を先端側と称するとともに、前記ベーンロータの周方向における複数の前記ベーン相互の間の外周領域である谷部と前記突条部の内周との間隙をg2、前記先端側の端における間隙g2をa2、前記基端側の端における間隙g2をb2とするとき、常温においては、a2はほぼ0であるか又は微少な値であり、b2>a2である
ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を挙げ、本発明を一層詳しく説明する。
【0017】
まず、本発明の第1の実施の形態を説明する。図1(A),(B)、図2(A),(B)、図3、図4、図5に本発明の第1の実施の形態を示す。図1(A)は、本発明の第1の実施の形態におけるベーンロータを先端側から見た正面図、図1(B)は図1(A)のW-W矢視縦断面図、図2(A)は本発明の第1の実施の形態におけるハウジングを基端側から見た正面図、図2(B)は図2(A)のX-X矢視縦断面図である。但し、図2(B)におけるc1=c2=0とした構成が第1の実施の形態であり、c1, c2≠0のとき、図2(B)は本発明の第1の実施の形態の変形例(後に詳述)となる。図3は、本発明の第1の実施の形態を一層具体化した実施例における横断面図(図4のZ-Z面で切断し、矢印方向に見た図。但し、図4におけるボルト6, 71〜74, ワッシャー8,カムシャフト4を除いた構造を示す。)である。図4は、図3のY-Y矢視縦断面図である。図5は、図3及び図4の実施例におけるベーンロータ1の外周とハウジング2の内周との間隙を説明するために、図4の符号Gの領域を拡大して示す断面図である。
【0018】
第1の実施の形態のバルブタイミング変更装置は、ベーンロータ1、ハウジング2、スプロケット3(前述の従動回転体に相当)、フランジ付六角ボルト6、フランジ付六角ボルト71,72,73,74、ワッシャー8、位置決めピン9(ハウジング2とスプロケット3との位置決め用、計2個)、回り止めピン(ベーンロータ1とカムシャフト4との回り止め用、計1個)で構成されている。ベーンロータ1及びハウジング2はアルミニューム合金でなり、スプロケット3は鉄系焼結合金でなる。
【0019】
ベーンロータ1はカムシャフト4の端面(図4における左端面)にフランジ付六角ボルト6で締結されている。そして、この実施の形態のバルブタイミング変更装置の全体は、そのカムシャフト4の片端に取り付けられ、エンジンブロックの片側に付属している。そこで、本発明のバルブタイミング変更装置において、カムシャフト4に近い側を基端側と称し、カムシャフト4から遠い側を先端側と称することにする。
【0020】
図1(A),(B)、図3及び図4によく現れているように、ベーンロータ1は、貫通孔12、ワッシャー当接面14及びカムシャフト当接面13、油溝15,16、油孔1e8,1f8,1g8,1h8をボス部に有するとともに、ボス部から径方向に伸びるベーン1a,1b,1c,1dを有する。図1は、油溝15,16、油孔1e8,1f8,1g8,1h8を省略して描いてある。ベーンロータ1におけるベーン1a,1b,1c及び1dの間がそれぞれ谷部1e,1f,1g及び1hをなしている。ベーン1a,1b,1c及び1dの先端面がそれぞれベーンの外周面1a1,1b1,1c1及び1d1をなしている。本実施の形態の特徴は、図1(B)に示してあるように、ベーンロータ1において軸o-oから外周に至る径が先端側で大きく、基端側で小さくなり、ベーンロータ1がいわゆるテーパーの形をなしていることであるが、この特徴については後に詳しく説明する。
【0021】
図2(A),(B)、図3及び図4によく現れているように、ハウジング2は突条部2e,2f,2g,2hを有する。これら突条部2e,2f,2g及び2hの間がそれぞれ凹部2a,2b,2c及び2dをなしている。凹部2a,2b,2c及び2dの底であって、ハウジング2の軸心から等距離の面が凹部2a,2b,2c及び2dにおけるハウジング2の内周面2a1,2b1,2c1及び2d1をなしている。突条部2e,2f,2g及び2hには、それぞれ貫通孔21,22,23及び24が開けられている。突条部2e,2f,2g及び2hの先端面は、それぞれ内周面2e1,2f1,2g1及び2h1をなしている。ハウジング2には、スプロケット3との軸心を合わせるための位置決めピン9が嵌められる穴が設けてある。ハウジング2の軸心は開口25の中心を通る。位置決めピン9はハウジング2の軸心に関して対称な位置に2つ設けられるので、位置決めピン用の穴もハウジング2に2つ設けてある。
【0022】
図4に現れているスプロケット3は、従来技術の例として前に挙げた特開平10−89020号の装置における被動歯車に対応する部材であり、ジャーナル軸受でカムシャフト4に支えられている。スプロケット3には、内燃機関のクランクシャフトからチェーンを介して回転動力が伝達される。スプロケット3は、チェーンに嵌められる歯30を図4の右端に全周に有し、また図3に現れているように、油溝3a,3b,3c,3d及び雌ネジ31,32,33,34を有する。
【0023】
カムシャフト4における図4の左端面は、ベーンロータ1のカムシャフト当接面13に押付けられている。カムシャフト4の外周は、カムシャフト当接面13の外縁13aと同じ径であり、外縁13aに密接に接触している。図4におけるカムシャフト4の左端面に回り止めピン用の穴が設けてあり、カムシャフト当接面13において該穴に対応する位置に同様な回り止めピン用の穴が設けてある。回り止めピンで前記両回り止めピン用の穴を一致させ、カムシャフト4とベーンロータ1との回転角度を固定する。図4におけるカムシャフト4の左端には該カムシャフト4と同心に雌ネジが設けてあり、この雌ネジにフランジ付六角ボルト6が螺合される。また、カムシャフト4には、油通路4a,4b,4c,4d、油通路4a1、油溝4eが設けてある。前述のように図3はカムシャフト4を除いて描いてあるが、図3には油通路4a,4b,4c,4dが破線で表してある。図3に表した油通路4a,4b,4c,4dは、図3のベーンロータ1の基端側端面にカムシャフト4が当接されたときに現れる油通路4a,4b,4c,4dを仮想して示したものである。
【0024】
フランジ付六角ボルト6は、ベーンロータ1をカムシャフト4へ締め付ける固着手段であり、ベーンロータ1の貫通孔12を通り、カムシャフト4の雌ネジに螺合されている。フランジ付六角ボルト6の六角頭はハウジング2の開口25へ納められる。フランジ付六角ボルト71は、ハウジング2をスプロケット3に締め付ける固着手段であり、ハウジング2の貫通孔21を貫通し、スプロケット3の雌ネジ31に螺合されている。貫通穴22,23及び24をそれぞれ貫通し、雌ネジ32,33及び34にそれぞれ螺合するフランジ付六角ボルト72,73及び74もフランジ付六角ボルト71と同様に設けられる。但し、フランジ付六角ボルト72,73,74は図には現れていない。
【0025】
位置決めピン9は、スプロケット3の端面(図4における左側端面)に開けられた穴に埋め込まれているピンであり、スプロケット3の軸心に関し対称な2箇所に設けてある(但し、図には、位置決めピン9は1個だけに現れている)。そこで、スプロケット3の端面には、位置決めピン9でなる突起が2箇所に設けられる。ハウジング2の基端側端面(図4における右側端面)には、スプロケット3における位置決めピン9に対応した位置にそれぞれ位置決め穴が空けてある。ハウジング2の位置決め穴をスプロケット3の端面の位置決めピン9に嵌め合わせ、フランジ付六角ボルト71,72,73,74を雌ネジ31,32,33,34に螺合し、ハウジング2とスプロケット3とを緊締する。位置決めピン9が2箇所に設けてあるから、ハウジング2とスプロケット3との軸心はかなりの精度で一致するとともに、ハウジング2とスプロケット3との相対回転角度も所定値に設定される。
【0026】
以下の説明では、ハウジング2の回転方向が図3において時計回り方向であるとする。このとき、ハウジング2に固定されているスプロケット3の回転方向も当然に時計回り方向である。ハウジング2に内包されていベーンロータ1は、ハウジング2の回転に対し進んだ位相又は遅れた位相で、ハウジング2と同一の回転数で回転する。その位相は、ハウジング2の凹部2a,2b,2c,2d内でベーンロータ1のベーン1a,1b,1c,1dがどこに位置するかに依存する。
【0027】
図3によく現れているように、ベーンロータ1の回転方向において、ハウジング2の凹部2a,2b,2c及び2dはベーン1a,1b,1c及び1dでそれぞれ区画される。凹部2a,2b,2c及び2dがベーン1a,1b,1c及び1dでそれぞれ区画されることにより、ベーンロータ1の軸方向から見たベーン1a,1b,1c及び1dの片側に進角圧力室100a,101a,102a及び103aがそれぞれ形成され、ベーン1a,1b,1c及び1dの他方の側に遅角圧力室100b,101b,102b及び103bがそれぞれ形成される。
【0028】
図3において、ハウジング2の回転方向が時計回りであるから、ベーン1aが突条部2hに接触しているときに、ベーンロータ1の回転位相はハウジング2に対し最も遅れており、ベーン1aが突条部2eに接触しているときに、ベーンロータ1の回転位相はハウジング2に対し最も進んでいる。進角圧力室100a,101a,102a及び103a並びに遅角圧力室100b,101b,102b及び103bには、オイルコントロールバルブから後述の油路を経てそれぞれ油圧が供給される。
【0029】
進角圧力室100a,101a,102a及び103aの油圧は共通の値である。その進角圧力室の油圧をPaとする。遅角圧力室100b,101b,102b及び103bの油圧も共通の値である。その遅角圧力室の油圧をPdとする。Pa=Pdのとき、ベーンロータ1はハウジング2に対し静止し、ハウジング2に対するベーンロータ1の位相は変化しない。Pa>Pdのとき、図3において、ベーンロータ1はハウジング2に対し時計方向に回転し、ハウジング2に対するベーンロータ1の位相は現在の位相より進む。Pa<Pdのとき、図3において、ベーンロータ1はハウジング2に対し反時計方向に回転し、ハウジング2に対するベーンロータ1の位相は現在の位相より遅れる。
【0030】
ベーンロータ1とハウジング2との回転位相差の限界は、ベーンロータ1のベーン1a,1b,1c及び1dとハウジング2の突条部2e,2f,2g及び2hとが互いに非接触である回転角度の範囲である。図3は、ベーン1aが突条部2hに接触し、ベーンロータ1がハウジング2に対し最も遅れた位相にある状態を示している。ベーン1aが突条部2eに接触したとき、ベーンロータ1がハウジング2に対し最も進んだ位相になる。
【0031】
次に進角圧力室100a,101a,102a及び103a及び遅角圧力室100b,101b,102b及び103bに油圧を供給する油路につき説明する。カムシャフト4の外周には、進角用及び遅角用の円環状油溝が形成してある。オイルコントロールバルブから伸びる進角用及び遅角用の油路は、カムシャフト4の外周に設けられている該進角用及び遅角用の円環状油溝にそれぞれ通じている。カムシャフト4には、その外周に設けられている該進角用の円環状油溝に通じる油通路4b,4d、及び該遅角用の円環状油溝に通じる油通路4a,4cが設けてある。
【0032】
ベーンロータ1のカムシャフト当接面13には油溝15,16が形成してある。進角用の油通路4b及び4dは、カムシャフト4の端面において油溝15及び16にそれぞれ開口する。ベーンロータ1の貫通孔12の径はフランジ付六角ボルト6の径より大きい。そこで、ベーンロータ1の貫通孔12の内周とフランジ付六角ボルト6の外周との間に環状空間が形成されている。油溝15及び16はその環状空間に通じている。該環状空間からベーンロータ1内において油孔1e8,1f8,1g8,1h8が放射状に延びている。油孔1e8,1f8,1g8及び1h8は、進角圧力室100a,101a,102a及び103aに開口し、前記環状空間と該進角圧力室100a,101a,102a及び103aとを連通している。
【0033】
カムシャフト4における前記遅角用の円環状油溝に通じる油通路4a,4cは、該カムシャフト4の端面ではベーンロータ1のカムシャフト当接面13により閉塞されている。油通路4aは、該端面に近い位置で油孔4a1に通じている。油通路4cは、該端面に近い位置で油孔4c1に通じている。但し、油孔4c1は図に現れていない。油孔4a1及び4c1は円環状の油溝4eに通じている。スプロケット3には、ベーンロータ1に近接し、ハウジング2に当接する端面(図4の左側端面)から該円環状の油溝4eに至る油溝3a,3b,3c,3dが形成してある。これら油溝3a,3b,3c及び3dは遅角圧力室100b,101b,102b及び103bにそれぞれ開口している。
【0034】
以上の如くの油路により、進角圧力室100a,101a,102a及び103a並びに遅角圧力室100b,101b,102b及び103bには進角用油圧Pa及び遅角用油圧Pdがそれぞれ供給される。かくして、オイルコントロールバルブにより、進角圧力室100a,101a,102a及び103a並びに遅角圧力室100b,101b,102b及び103bの油圧を制御することにより、ハウジング2に対するベーンロータ1の位相、ひてはクランクシャフトに対するカムシャフト4の位相を任意に制御できる。
【0035】
以上に、本発明の第1の実施の形態であるバルブタイミング変更装置の構成及び作動を延べた。この第1の実施の形態では、前述の通り、ベーンロータ1がテーパーの形をなしていることに特徴がある。このようにベーンロータ1の形をテーパーにすることにより、もたらされる作用及び効果について次に説明する。
【0036】
前述のとおり、ベーンロータ1及びハウジング2はアルミニューム合金でなり、スプロケット3は鉄系焼結合金でなる。ベーンロータ1及びハウジング2は、軽量化を図るためにアルミニューム合金としてある。スプロケット3は、カムシャフト4に軸受で支えられるので、高い強度を必要とする。そこで、スプロケット3の材料には高い強度を示す鉄系焼結合金が広く使われている。
【0037】
本バルブタイミング変更装置の温度はオイルコントロールバルブから供給される油圧油の温度にほぼ依存する。内燃機関を始動して間もなくの期間や、外気温度が低いときは、油圧油の温度は低く、内燃機関の始動から時間が経過し、外気温度が高いときには油圧油の温度は高い。油圧油の温度が所定値より低いときには、ロックピンを作動させて、スプロケット3とカムシャフト4とを固定し(或いはベーンロータ1とハウジング2との固定)、バルブタイミングを固定する方式のバルブタイミング変更装置が多いが、このようなバルブタイミング固定機能付きのバルブタイミング変更装置でも、バルブタイミングの可変機能が作用している期間(バルブタイミング固定機能が解除されている期間)における予定最高温度Thとバルブタイミング固定機能を解除するときの温度Tuとの差δtは摂氏100度を超える場合が多い。
【0038】
鉄系焼結合金の線膨張係数Cfは11*10-6/℃程度であり、アルミニューム合金の線膨張係数Caは21*10-6/℃程度である。アルミニューム合金製のハウジング2は鉄系焼結合金製のスプロケット3にボルト71,72,73,74で締結されると、ハ鉄系焼結合金の剛性がアルミニューム合金の剛性より格段に大きいので、ハウジング2の内のスプロケット3近傍部(ハウジング2の基端側端部)はスプロケット3の線膨張係数Cfで伸縮する。他方、ハウジング2の先端側端部はアルミニューム合金の線膨張係数Caで伸縮する。
【0039】
前述の通り、従来のバルブタイミング変更装置では、シールプレートを用いないとすると、ハウジング2の内周とベーンロータ1の外周とを微小な間隙で隔てる構造となる。このような構造の従来のバルブタイミング変更装置では、ベーンロータ1の外径及びハウジング2の内径は、軸方向におけるスプロケット3からの距離に拘わらず、常温において一定である。このとき、ハウジング2の内周とベーンロータ1の外周との間隙をg、先端側の端における間隙gをa、基端側の端における間隙gをbとするとき(図5参照)、常温においてはb=aである。
【0040】
この従来のバルブタイミング変更装置の構造では、常温より100度以上も高い温度で運転されるとき、間隙gが軸方向におけるスプロケット3からの距離に応じ著しく相違し、常温における間隙gが狭いときにはハウジング2の内周とベーンロータ1の外周とが基端側の端部で接触し、バルブタイミングの変更の度にハウジング2とベーンロータ1との間に大きな摩擦が生じ、作動応答性を低下させ、内燃機関の低速回転時の作動を不安定にし、接触面を摩耗させる。
【0041】
従来のバルブタイミング変更装置の構造において、高温運転時においてハウジング2の内周とベーンロータ1の外周とが基端側端部で接触するのを避けるには、スプロケット3とベーンロータ1とにおける線膨張係数の差δcを見込んで、基端側端部においてもハウジング2の内周とベーンロータ1の外周とが接触しない程度に、軸方向におけるスプロケット3からの距離に拘わらず、常温における間隙gを一様に大きく設計せざるを得ない。ところが、このように間隙gを大きく取ると、進角圧力室と遅角圧力室との間の油密性が低下し、作動応答性が低下する。
【0042】
従来の構造における上述の2つの合い対立する要求、即ち進角圧力室と遅角圧力室との間の油密性の保持という第1の要求と、高温におけるベーンロータ1とハウジング2との接触の回避という第2の要求、を本実施の形態では、ベーンロータ1にテーパーを持たせることにより解決している。図1(B)において、軸線o-oとベーン1aの外周面1a1の先端側縁1a2との距離をra2、軸線o-oとベーン1aの外周面1a1の基端側縁1a3との距離をra3とすると、c1=ra2−ra3である。
【0043】
この実施の形態では、基端側におけるベーンロータ1の径をr、ベーンロータの線膨張係数Caとスプロケット3の線膨張係数Cfとの差をδc、予定する油圧油の最高温度Thとバルブタイミングの固定状態を解除するときの油圧油の温度Tuとの差をδt、先端側の径r2と基端側の径r3との差cをとするとき、
c=r*δc *δt
である。
【0044】
ここで、ベーン1aについて一例を挙げる。基端側におけるベーン1aの径r=ra3=40mm、スプロケット3(鉄系焼結合金)の線膨張係数Cf=11*10-6/℃、ベーンロータ1(アルミニューム合金)の線膨張係数Ca=21*10-6/℃、δc=Ca−Cf=10*10-6/℃、最高温度Th=130℃、バルブタイミングの固定状態を解除するときの油圧油の温度Tu=30℃、δt=Th−Tu=100℃とすると、
c1=40mm*10*10-6/℃*100℃=40*10− 3mm=40μm
となる。
【0045】
ベーン1aの外周面1a1は、先端側縁1a2から基端側縁1a3へ近づくに従って径を直線的に漸減するテーパー面となる。ベーンロータ1における谷部1e,1f,1g,1hの表面も同様にテーパー面である。但し、谷部の基端側の端面の径rf3(軸心o-oと基端側縁1f3の距離)はベーン1aの基端側端面の径ra3より小さいから、前述のとおりc=r*δc*δtの式を適用すると、rが小さい分だけc2はc1より小さい。図3のベーンロータ1では、rf3=22.4mm=0.56ra3であり、c2=0.56c1=22.4μmである。
【0046】
いま、図5を参照すると、この実施の形態では、ハウジング2の内周の径は軸方向に関して一定である(図2(B)のc1=c2=0)から、前述のところからして、ベーンロータ1における谷部1eの先端側の径re2と基端側の径re3との差c2が即ちaとbとの差であり、a−b=c2である。ここでは、基端側における谷部1eの径re3(=rf3)=22.4mmであり、a−b=c2=22.4μmである。
【0047】
この本発明の第1の実施の形態では、ベーンロータ1が常温(バルブタイミングの固定状態を解除するときの油圧油の温度Tu=30℃近傍の温度)で上述のようにテーパーに形成してある。そこで、例えば油圧油の温度が130℃に上昇すると、谷部1eの先端側ではベーンロータ1及びハウジング2がともに同じ率で膨張するから、間隙g=aのままである。他方、基端側では、ベーンロータ1はハウジング2よりもr*δc*δtの式に従って多く伸び、r=re3(=rf3)=22.4mm、δc=10*10-6/℃、δt=100℃であるから、その伸び量は22.4μmであり、常温において径を小さく製作した分だけベーンロータ1の谷部の1eの外周はハウジング2の突条部2eに接近し、b=aとなり、間隙gは軸方向において一定の値aとなる。
【0048】
前述の通り、ハウジング2は位置決めピン9でスプロケット3に位置決めされ、ハウジング2の軸はスプロケット3の軸、即ちカムシャフト4の軸にはかなりの精度で一致する。しかし、ハウジング2の軸がカムシャフト4の軸から偏芯していることによる振動や、摩耗の偏りを無視できる程に、ハウジング2の軸をカムシャフト4の軸にほぼ完全に一致させることは製作費の制限などから事実上困難であった。しかしながら、本発明の第1の実施の形態において、先端側における間隙aを常温環境下で、ベーンロータ1とハウジング2とが摺動する程度にゼロに近い値に製作しておけば、ハウジング2の回転軸はカムシャフト4の回転軸に自ずから一致する。
【0049】
以上に詳しく述べたように、本発明の第1の実施の形態のバルブタイミング変更装置では、ベーンロータ1をテーパー形状に形成し、ハウジング2の内周とベーンロータ1の外周との間隙をg、先端側の端における間隙gをa、基端側の端における間隙gをbとするとき(図5参照)、常温においては、aをほぼ0又は微小な値に設定し、b>aとしている。この構成により、シールプレートなどのシール部材を用いることなく必要な圧力室の油密性を確保し、しかも少ない部品点数で足りるバルブタイミング変更装置を実現している。更に、本第1の実施の形態によれば、シール部材を用いることなく、ハウジングとベーンロータの軸合わせが容易にできるバルブタイミング変更装置を実現している。
【0050】
次にこの第1の実施の形態の一変形例を説明する。この変形例は、図1(B)のベーンロータ1においてc1=c2=0とし、ハウジング2として図2(B)の構成を採用したものである。その他の構成は第1の実施の形態と同じである。図5におけるb>aを実現する手段として、第1の実施の形態ではベーンロータ1の外径を軸方向に関して先端側から基端側に向かうに従い小さくしたが、この変形例ではハウジング2の内径を軸方向に関して先端側から基端側に向かうに従い大きくしている。この変形例の作用及び効果は第1の実施の形態と同じである。
【0051】
次に本発明の第2の実施の形態を説明する。図1(A),(C)、図2(A),(C)、図3、図4、図5が本発明の第2実施の形態を示している。但し、図2(C)におけるc1=c2=0とした構成が第2の実施の形態であり、c1, c2≠0のとき、図2(C)は本発明の第2の実施の形態の変形例(後述)となる。第2の実施の形態が前述の第1の実施の形態と相違するのは、ベーンロータ1Aが図1(C)に示すように外周に段差を有する点である。その他の構成では、第2の実施の形態は第1の実施の形態と同じである。以下の説明では、この第2の実施の形態におけるハウジングは、図2(C)に符号2Aで示し、図2(C)においてc1=c2=0としたものであるとする。図1(C)におけるc1,c2は、第1の実施の形態を示す同図(B)におけるc1,c2と同じ式で設計される。この段付ベーンロータ1Aでは、ベーン1aの外周面1a1における先端側の縁1a2とその外周面1a1における基端側の縁1a3との距離をH1とし、先端側の縁1a2とその外周面1a1における段差面1a4との距離をH2とするとき、H2/H1=1/10である。
【0052】
この第2の実施の形態では、ハウジング2Aの内径は軸方向に関し一定であるから、ベーンロータ1Aとハウジング2Aとの間隙gは、先端側の端面から段差面1a4までの間で一定値aであり、段差面1a4から基端側端面までの間で一定値bである。第2の実施の形態では、図5におけるb>aを実現する手段として、ベーンロータ1Aにおけるベーンの外周に段差を設けた。段差は、ベーンロータ1Aの軸方向の全体長さH1の1/10程度だけ先端側端面から離れた、先端面からH2の距離に形成してある。
【0053】
この第2の実施の形態では、ベーンロータ1Aの軸方向の全体長さH1の1/10程度の長さH2だけでハウジング2の内周面と摺動し、残余のH1/10の軸方向長さの領域ではベーンロータ1Aの外周はハウジング2の内周から間隙を置いている。このように、ベーンロータ1Aの軸方向の全体長さH1の1/10程度の長さH2だけでハウジング2Aの内周面と摺動することにより、ハウジング2Aの軸心をベーンロータ1Aの軸心に高い精度で一致させることができる。ハウジング2Aの軸心をベーンロータ1Aの軸心に一致させる精度は、前述の第1の実施の形態における精度より優れている。したがって、ハウジング2Aの軸がカムシャフト4の軸から偏芯していることによる振動や、摩耗の偏りを無視できる程に、ハウジング2Aの軸をカムシャフト4の軸にほぼ完全に一致させることが、構造の特徴により自ずから実現できる。ハウジング2Aの軸心をベーンロータ1Aの軸心に高い精度で一致させられるから、間隙bを十分に小さくでき、ひいてはシール部材を備えなくても進角圧力室と遅角圧力室との間の油密性を十分に高くできる。
【0054】
次に、この第2の実施の形態の一変形例を説明する。この変形例は、図1(C)のベーンロータ1Aにおいてc1=c2=0とし、ハウジング2Aとして図2(C)の構成を採用したものである。その他の構成は第2の実施の形態と同じである。図5におけるb>aを実現する手段として、第2の実施の形態ではベーンロータ1Aの外周に段差を設けたが、この変形例ではハウジング2Aの内周に段差を設けた。この変形例の作用及び効果は第2の実施の形態と同じである。
【0055】
以上に実施の形態を挙げ、本発明を具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものでないことは勿論である。例えば、従動回転体は以上の実施の形態ではスプロケット3としたが、スプロケット3に限らず、ベルトや歯車でも差し支えない。また、ベーンロータ1、ハウジング2、スプロケット3の材料を例示したが、ベーンロータ1、ハウジング2の材料は軽量であることが求められ、スプロケット3の材料は高強度であることが求められると言う限定の範囲で各種の素材から選択できる。
【0056】
図1(B)に示した本発明の第1の実施の形態及び同図(C)に示した本発明の第1の実施の形態の変形例を組み合わせ、ベーンロータ1及びハウジング2の双方を軸方向に関し径を変え、ベーンロータ1とハウジング2の間隙gを先端側より基端側において大きくしてもよい。同様に、図2(B)に示した本発明の第2の実施の形態及び同図(C)に示した本発明の第2の実施の形態の変形例を組み合わせ、ベーンロータ1の外周及びハウジング2の内周の双方に段差を設け、ベーンロータ1とハウジング2の間隙gを先端側より僅かの軸方向長さの範囲だけでaとし、残余の軸方向長さの範囲でbとし、a<bとしてもよい。
【0057】
以上に説明した第1の実施の形態では、ベーンの外周面1a1,1b1,1c1,1d1及びベーンロータ1の谷部1e,1f,1g,1hの双方にいずれもテーパーを付け、第1の実施の形態の変形例では、ハウジング2における凹部の内周面2a1,2b1,2c1,2d1及びハウジング2における突条部の内周面2e1,2f1,2g1,2h1の双方にいずれもテーパーを付け、或いは第2の実施の形態では、ベーンの外周面及びベーンロータ1Aの谷部の双方にいずれも段差を付け、第2の実施の形態の変形例では、ハウジング2Aにおける凹部の内周面及びハウジング2Aにおける突条部の内周面の双方にいずれも段差を付けた。
【0058】
しかしながら、本発明では、ベーンの外周面及びベーンロータ1の谷部の双方にいずれもテーパーを付ける(第1の実施の形態)か、ハウジング2における凹部の内周面及びハウジング2における突条部の内周面の双方にいずれもテーパーを付ける(第1の実施の形態の変形例)か、或いはベーンの外周面及びベーンロータ1Aの谷部の双方にいずれも段差を付ける(第2の実施の形態)か、ハウジング2Aにおける凹部の内周面及びハウジング2Aにおける突条部の内周面の双方にいずれも段差を付ける(第2の実施の形態の変形例)かのいずれかに限定する必要はない。
【0059】
例えば、ベーンの外周面にはテーパーを付け、ハウジング2の凹部の内周面は母線を軸線に平行にし、ベーンロータ1の谷部の表面及びハウジング2の突条部の内周面は前述の従来例と同様に母線を軸線に平行にし、従ってベーンロータ1の谷部の表面とハウジング2の突条部の内周面との間隙g2を一定にし、ベーンロータ1の谷部の表面とハウジング2の突条部の内周面との間の油密が保持できる程度に微小な値に間隙g2を設定する構成でも、圧力室の油密を確保でき、部品点数を従来例より少なくでき、ベーンの外周面とハウジング2の凹部の内周面との摺動抵抗を図1(B)の構成と同様な理由により従来例より低減でき、またベーンロータ1とハウジング2との軸合わせも容易にできる。
【0060】
これと類似の構成として、例えば、ベーンの外周面にはテーパーを付け、ハウジング2の凹部の内周面は母線を軸線に平行にし、ベーンロータ1の谷部の表面及びハウジング2の突条部の内周面は前述の従来例と同様に母線を軸線に平行にし、従ってベーンロータ1の谷部の表面とハウジング2の突条部の内周面との間隙g2を一定にし、ハウジング2の突条部の内周面にシール部材を設け、ベーンロータ1の谷部の表面とハウジング2の突条部の内周面との間隙g2の油密はシール部材で保つようにする構成でも、圧力室の油密を確保でき、部品点数を従来例より少なくでき、ベーンの外周面とハウジング2の凹部の内周面との摺動抵抗を図1(B)の構成と同様な理由により従来例より低減でき、更にシール部材の数が少ない分だけベーンロータ1とハウジング2との摺動抵抗を従来例より低減でき、またベーンロータ1とハウジング2との軸合わせも容易にできる。
【0061】
また、ベーンの外周面及びハウジング2の凹部の内周面は前述の従来例と同様に母線を軸線に平行にし、従ってベーンの外周面とハウジング2の凹部の内周面との間隙g1を一定にし、ベーンの外周面とハウジング2の凹部の内周面との間の油密が保持できる程度に微小な値に間隙g1を設定し、ベーンロータ1の谷部の表面にテーパーを付け、ハウジング2の突条部の内周面は母線を軸線に平行にする構成でも、圧力室の油密を確保でき、部品点数を従来例より少なくでき、ベーンロータ1の谷部の表面とハウジング2の突条部の内周面との摺動抵抗を図1(B)の構成と同様な理由により従来例より低減でき、またベーンロータ1とハウジング2との軸合わせも容易にできる。
【0062】
これと類似の構成として、例えば、ベーンの外周面及びハウジング2の凹部の内周面は前述の従来例と同様に母線を軸線に平行にし、従ってベーンの外周面とハウジング2の凹部の内周面との間隙g1を一定にし、そのベーンの外周面にシール部材を設け、ハウジング2の凹部の内周面とベーンの外周面との間隙g1の油密はシール部材で保ち、ベーンロータ1の谷部の表面にテーパーを付け、ハウジング2の突条部の内周面は母線を軸線に平行にする構成でも、圧力室の油密を確保でき、部品点数を従来例より少なくでき、ベーンロータ1の谷部の表面とハウジング2の突条部の内周面との摺動抵抗を図1(B)の構成と同様な理由により従来例より低減でき、シール部材の数が少ない分だけベーンロータ1とハウジング2との摺動抵抗を従来例より低減でき、またベーンロータ1とハウジング2との軸合わせも容易にできる。
【0063】
直前の4つの段落では、ベーンの外周面とハウジング2の凹部の内周面との間隙をg1とし、ベーンロータ1の谷部の表面とハウジング2の突条部の内周面との間隙をg2とするとき、間隙g1と間隙g2との内で、どちらか一方の間隙だけを先端側で小さくし基端側で大きくし、他方の間隙は一定にし、この一定である側の間隙を油密を保てる程度に微小にするか、又はシール部材で封止する構成を採用しても、ベーンロータ1とハウジング2との摺動抵抗の減少、部品点数の減少およびベーンロータ1とハウジング2との軸合わせの容易化において効果が有ることを述べた。直前の4つの段落においては、図1(B)の構成の変形例だけを挙げたが、ハウジング2の内周にテーパーをもたせた図2(B)の構成を同様に変形しても同様な効果が得られるし、更に図1(C)及び図2(C)の構成を同様に変形しても同様な効果が挙げられることも明らかである。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、以上に実施の形態を挙げ詳しく説明したように、シールプレートなどのシール部材を用いることなく必要な圧力室の油密性を確保し、しかも少ない部品点数で構成できるバルブタイミング変更装置を提供できる。更に、本発明によれば、シール部材を用いることなく、ハウジングとベーンロータの軸合わせが自ずから容易にできるバルブタイミング変更装置を提供できる。また、本発明によれば、従来の装置より少ない数のシール部材でもって、必要な圧力室の油密性が確保され、かつハウジングとベーンロータの軸合わせが自ずから容易になされるバルブタイミング変更装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態におけるベーンロータを先端側から見た正面図(A)及びそのW-W矢視縦断面図(B)、並びに本発明の第2の実施の形態におけるベーンロータを示すW-W縦断面図(C)である。
【図2】本発明の第1の実施の形態におけるハウジングを基端側から見た正面図(A)及び第1の実施の形態の変形例におけるハウジングのX-X矢視縦断面図(B)、並びに本発明の第2の実施の形態の変形例におけるハウジングを示すX-X縦断面図(C)である。
【図3】本発明の第1の実施の形態を一層具体化した一実施例における横断面図(図4のZ-Z面で切断し、矢印方向に見た図。但し、図4におけるボルト6,71〜74,カムシャフト4を除いた構造を示す。)である。
【図4】図3のY-Y矢視縦断面図である。
【図5】図3、図4の実施例におけるベーンロータ1の外周とハウジング2の内周との間隙を説明するために、図4の符号Gの領域を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・・・ベーンロータ(羽根車)
1A・・・・・段付ベーンロータ
1a,1b,1c,1d・・・・・ベーン(羽根)
1a1,1b1,1c1,1d1・・・・・ベーンの外周面
1a2・・・・・外周面1a1の先端側縁
1a3・・・・・外周面1a1の基端側縁
1a4・・・・・段付ベーンロータ1Aにおけるベーン1aの外周面に形成された段差面
1a5・・・・・段付ベーンロータ1Aにおけるベーン1aの外周面
1e,1f,1g,1h・・・・・ベーンロータの谷部
1e1・・・・・谷部1eの外周面
1e8,1f8,1g8,1h8・・・・・貫通孔12から放射状に伸びる油孔
1f1・・・・・谷部1fの外周面
1f2・・・・・谷部1fの外周面1f1における先端側縁
1f3・・・・・谷部1fの外周面1f1における基端側縁
1f4・・・・・段付ベーンロータ1Aにおける谷部1fの外周面に形成された段差面
1f5・・・・・段付ベーンロータ1Aにおける谷部1fの外周面
12・・・・・ベーンロータ1をカムシャフト4に固着するボルト6が挿入される貫通孔
13・・・・・ベーンロータにおけるカムシャフト当接面
13a・・・・・カムシャフト当接面の外縁
14・・・・・ワッシャー(座金)当接面
14a・・・・・ワッシャー当接面の外縁
15・・・・・油溝
16・・・・・油溝
100a,101a,102a,103a・・・・・進角圧力室
100b,101b,102b,103b・・・・・遅角圧力室
2・・・・・ハウジング
2A・・・・・段付ハウジング
2a,2b,2c,2d・・・・・凹部
2a1,2b1,2c1,2d1・・・・・凹部におけるハウジングの内周面
2a2・・・・・凹部2aにおける内周面2a1の先端側縁
2a3・・・・・凹部2aにおける内周面2a1の基端側縁
2a4・・・・・段付ハウジング2Aにおける凹部2aの内周面に形成された段差面
2e,2f,2g,2h・・・・・突条部
2e1,2f1,2g1,2h1・・・・・突条部の内周面
2f2・・・・・突条部2fの内周面2f1における先端側縁
2f3・・・・・突条部2fの内周面2f1における基端側縁
2f4・・・・・段付ハウジング2Aにおける突条部2fの内周面に形成された段差面
2f5・・・・・段付ハウジング2Aにおける突条部2fの内周面
21,22,23,24・・・・・ハウジング2をスプロケット3に固着するボルトが挿入される貫通孔
25・・・・・ベーンロータ1をカムシャフト4に固着するボルト6の六角頭が納められる開口
26・・・・・ハウジング2の基端側端面
3・・・・・スプロケット
3a,3b,3c,3d・・・・・スプロケットの先端側端面に設けられ、油溝4eに連通する油溝
30・・・・・歯
31,32,33,34・・・・・スプロケットの先端側に設けられ、ボルトが螺合される雌ネジ
35・・・・・スプロケットの先端側端面
4・・・・・カムシャフト
4a,4b,4c,4d・・・・・カムシャフト内に設けられた油通路
4a1・・・・・油通路4aを油溝4eへ連通する油孔
4e・・・・・カムシャフトの外周に形成された環状の油溝
6・・・・・ベーンロータ1をカムシャフト4へ固定するフランジ付六角ボルト
71・・・・・貫通孔21を貫通し、雌ネジ31に螺合され、ハウジング2をスプロッケット3へ固定するフランジ付六角ボルト
71a・・・・・ボルト71の六角頭
71b・・・・・六角頭71aに設けられたフランジ
8・・・・・ワッシャー(座金)
9・・・・・位置決めピン
a・・・・・ベーンロータ1の先端側におけるベーンロータ1の谷部1eの外周面1e1とハウジング2の突条部2eの内周面2e1との間隙(クリアランス)
b・・・・・ベーンロータ1の基端側におけるベーンロータ1の谷部1eの外周面1e1とハウジング2の突条部2eの内周面2e1との間隙(クリアランス)
c1・・・・・ベーンロータ1のベーンの外周面における先端側の縁と基端側の縁との径方向の差(または、ハウジング2の凹部の内周面における先端側の縁と基端側の縁との径方向の差)
c2・・・・・ベーンロータ1の谷部の外周面における先端側の縁と基端側の縁との径方向の差(または、ハウジング2の突条部の内周面における先端側の縁と基端側の縁との径方向の差)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus that is provided in an internal combustion engine and that varies the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve, and more particularly to a valve timing changing apparatus that is driven by fluid pressure.
[0002]
[Prior art]
This type of valve timing changing device is a device that varies the opening / closing timing of an intake valve, an exhaust valve, or both valves of an internal combustion engine. The aim of having this device is to improve intake efficiency, improve fuel efficiency, clean exhaust gas, etc. by taking in and exhausting air at the optimal timing according to the rotational speed, load, and other conditions of the internal combustion engine. is there.
[0003]
An example of a conventional valve timing changing device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-89020. In the device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-89020, a vane rotor (impeller) having four vanes (blades) is provided on a camshaft, and a housing having four protrusions is provided so as to cover the vane rotor and the vane rotor. Is provided so as to be relatively rotatable. The housing is fixed to a driven gear, and the driven gear is connected to the crankshaft and receives rotational power from the crankshaft.
[0004]
There are valleys between the four vanes in the vane rotor, and the vane rotor has four valleys. In addition, a recess is formed between each of the four protrusions in the housing, and the housing has four recesses. The four vanes of the vane rotor are respectively accommodated in four recesses in the housing. Further, the four protrusions of the housing are accommodated in four valleys of the vane rotor, respectively. In this way, the vanes and the ridges are alternately positioned in the circumferential direction, and each recess in the housing is partitioned by the vanes. Due to the combined structure of the vane rotor and the housing, an advance pressure chamber and a retard pressure chamber are formed on both sides of the vane in the circumferential direction. There are four advance pressure chambers and four retard pressure chambers in the entire device. Hydraulic pressure is selectively supplied from an oil control valve (OCV) to the advance pressure chamber and the retard pressure chamber. Oil passages from the oil control valve to the advance pressure chamber and the retard pressure chamber are provided independently for advance and retard.
[0005]
By applying hydraulic pressure to the advance pressure chamber, the rotational phase of the vane rotor advances relative to the housing. Conversely, by applying hydraulic pressure to the retard pressure chamber, the rotational phase of the vane rotor is delayed relative to the housing. The rotation angle range in which the vane and the protrusion of the vane rotor are not in contact with each other is the range of the angle at which the vane rotor can rotate relative to the housing, and the range of the rotation phase difference that can be taken between the vane rotor and the housing. It is. The housing is fixed to a driven gear, which is connected to the crankshaft and receives rotational power from the crankshaft, while the vane rotor is fixed to the camshaft. Therefore, by adjusting the rotational phase between the vane rotor and the housing, the rotational phase between the crankshaft and the camshaft is adjusted, and consequently the valve timing of the internal combustion engine is changed.
[0006]
The amount of oil that transmits hydraulic pressure to the advance pressure chamber and the retard pressure chamber leaks through the gap between the vane rotor and the housing, that is, if the oil pressure of the pressure chamber is low, the oil control valve leads to the advance pressure chamber or the retard pressure chamber. The time from the supply of hydraulic pressure to the rotation of the vane rotor becomes longer, and the operation responsiveness of the valve timing changing device is lowered.
[0007]
When the crankshaft rotation speed is low, the oil pump rotation speed is also low, so the pressure of oil supplied from the oil control valve is low. Thus, when the oil pressure is low, if the oil tightness of the pressure chamber is low, the phase of the vane rotor with respect to the housing is not stable, and the valve timing becomes unstable.
[0008]
In the valve timing changing device disclosed in JP-A-10-89020, a seal plate is provided at the tip of the vane and the tip of the ridge, and the seal plate is urged by a leaf spring. The leaf spring at the tip of the vane urges the seal plate outward (in the radial direction and outward), and presses the seal plate against the bottom surface of the recess in the housing. The leaf spring at the tip of the ridge portion urges the seal plate inward (in the radial direction and inward), and presses the seal plate against the surface of the valley portion of the vane rotor. Thus, by providing the biased seal plate at the tip of the vane and the tip of the ridge, respectively, the sliding surface between the outer periphery of the vane rotor and the inner periphery of the housing is closed with the seal plate, and the pressure chamber Increases oil tightness.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the valve timing changing device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-89020, as described above, the sliding surface between the outer periphery of the vane rotor and the inner periphery of the housing is closed with the seal plate biased by the leaf spring. The oil tightness of the chamber is improved. However, in the prior art structure in which the seal plate is always urged and in contact with the inner peripheral surface of the recess in the housing and the outer peripheral surface of the valley portion in the vane rotor, the entire length in the axial direction of the vane rotor (the thickness of the vane rotor) The housing and the vane rotor are in contact with each other at eight locations, and the sliding resistance between the housing and the vane rotor is considerably large.
[0010]
The large sliding resistance between the housing and the vane rotor reduces the operation responsiveness of the valve timing changing device, and also makes the operation unstable when the internal combustion engine speed is low and the hydraulic pressure supplied from the oil pump is low. To do. Moreover, in the structure in which the seal plate is always in contact, the contact surface is worn, and the seal plate needs to be replaced according to the operation time of the internal combustion engine. Furthermore, in a structure that uses a seal member such as a seal plate to maintain oil tightness, parts such as a seal member and a urging leaf spring are required, which increases the number of parts, which in turn increases manufacturing costs.
[0011]
Of course, in the above-described conventional valve timing changing device, if the seal plate is simply removed, the sliding resistance due to the contact of the seal plate at all times is eliminated, but the oil tightness is lowered. If the conventional valve timing changing device adopts a structure in which a seal member such as a seal plate is simply removed, the outer periphery of the vane rotor and the inner periphery of the housing face each other with a small gap. It is practically difficult to achieve sufficiently high axial alignment accuracy in the coupling between the vane rotor and the camshaft and in the coupling between the housing and the driven gear to the extent that the gap can be kept constant due to manufacturing cost constraints. is there. Therefore, in the structure in which the seal member such as the seal plate is simply removed from the conventional one, the axial alignment accuracy between the vane rotor and the housing becomes insufficient, and the gap is too wide on one vane side, resulting in insufficient oil tightness. On the vane side opposite to 180 degrees, there is no gap, and the vane rotor and housing are in direct and strong contact throughout the entire length of the vane rotor in the axial direction (thickness direction), resulting in significantly increased sliding resistance and frictional wear. It is hard to avoid the increase.
[0012]
Even if the valve timing changer can be combined so that the axial alignment accuracy between the vane rotor and the housing is sufficiently high, even if the minute gap between the vane rotor and the housing can be made constant all around the vane rotor, the pressure It is difficult to reduce the minute gap so that the oil tightness of the chamber can always be sufficiently maintained. The reason is as follows.
[0013]
The expected temperature range of hydraulic oil in an internal combustion engine is 100 degrees or more. The vane rotor and the housing are made of an aluminum alloy, and the driven gear is made of an iron-based sintered alloy. One end of the housing in the axial direction is fastened to the driven gear with a bolt. Therefore, the driven gear side (base end side) of the housing expands with the linear expansion coefficient of the driven gear, and the side far from the driven gear (front end side) expands with the linear expansion coefficient of the housing material itself to expand the housing in the radial direction. The rate is not uniform. Therefore, the minute gap between the vane rotor and the housing is designed to have a margin so that the vane rotor and the housing do not come into contact with each other even if the temperature of the hydraulic oil changes within a predetermined range, and therefore the oil tightness is low. I have to.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a valve timing changing device that can ensure oil tightness of a required pressure chamber without using a seal member such as a seal plate and can be configured with a small number of parts. Another object of the present invention is to provide a valve timing changing device that can easily align the housing and the vane rotor without using a seal member. Furthermore, another object of the present invention is to provide a valve timing changing device that can ensure the required oil tightness of the pressure chamber with a smaller number of seal members than the conventional device.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the following means.
(1) A valve timing changing device that can change the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, and receives rotational power from a crankshaft through power transmission means such as a belt, a chain, and a gear. A driven rotating body that rotates coaxially with the camshaft, a housing fixed to the driven rotating body, and a vane rotor fixed to the camshaft.
The linear expansion coefficient of the driven rotor is smaller than the linear expansion coefficient of the housing and the vane rotor,
The driven rotating body is supported by the camshaft via a bearing so as to be relatively rotatable,
The housing has a space containing the vane rotor,
The inner circumference of the housing and the outer circumference of the vane rotor are separated from each other by a small gap or are in contact with each other in a selected region,
The inner periphery of the housing is provided with at least one protrusion extending inwardly,
The rotational angle range in which the vane of the vane rotor and the protrusion are in non-contact with each other defines the rotational phase difference limit between the vane rotor and the housing,
An advance pressure chamber and a retard pressure chamber are formed by dividing the space by the vane in the rotation direction of the vane rotor,
In the apparatus for rotating the vane rotor and the housing relatively by selectively supplying fluid pressure to the advance pressure chamber and the retard pressure chamber, and changing the valve timing,
The side of the housing and the vane rotor that is close to the driven rotator is referred to as a base end side, the side that is away from the driven rotator is referred to as a distal end side, and the gap between the inner periphery of the housing and the outer periphery of the vane rotor is defined as the front end side. g, when the gap g at the distal end is a and the gap g at the proximal end is b, at room temperature, a is almost 0 or a slight value, and b> a is there
A valve timing changing device characterized by that.
(2) The valve timing change as described in (1) above, wherein the a is so small that the outer periphery of the vane rotor and the inner periphery of the housing slide along the entire circumference at the tip end. apparatus.
(3) The gap (g) between the end on the distal end side and the end on the proximal end side is linearly increased from a to b. Valve timing changing device.
(4) The diameter of the vane rotor at the base end side is r, the difference between the linear expansion coefficient of the driven rotor and the linear expansion coefficient of the vane rotor is δc, and the predetermined maximum temperature Th of the fluid and the valve timing are fixed. The valve timing change as set forth in any one of (1) to (3), wherein b−a is approximately r * δc * δt, where δt is a difference from the temperature Tu of the fluid when releasing apparatus.
(5) When the thickness of the vane rotor in the axial direction from the end on the distal end side to the end on the proximal end side is w, a position P1 having an axial distance of about w / 10 or less from the end on the distal end side A step is provided on the outer periphery of the vane rotor or the inner periphery of the housing, and g = a between the end on the distal end side and the position P1, and between the position P1 and the end on the proximal end side. g = b
The valve timing changing device according to the item (1) or (2), wherein
(6) The valve according to any one of (1) to (5) above, wherein one of the bus forming the outer periphery of the vane rotor and the bus forming the inner periphery of the housing is parallel to the axis of the vane rotor Timing change device.
(7) A valve timing changing device that can change the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, and receives rotational power from a crankshaft through power transmission means such as a belt, a chain, and a gear. A driven rotating body that rotates coaxially with the camshaft, a housing fixed to the driven rotating body, and a vane rotor fixed to the camshaft.
The linear expansion coefficient of the driven rotor is smaller than the linear expansion coefficient of the housing and the vane rotor,
The driven rotating body is supported by the camshaft via a bearing so as to be relatively rotatable,
The housing has a space containing the vane rotor;
The inner circumference of the housing and the outer circumference of the vane rotor are separated from each other by a small gap or are in contact with each other in a selected region,
The inner periphery of the housing is provided with at least one protrusion extending inwardly,
The rotational angle range in which the vane of the vane rotor and the protrusion are in non-contact with each other defines the rotational phase difference limit between the vane rotor and the housing,
An advance pressure chamber and a retard pressure chamber are formed by dividing the space by the vane in the rotation direction of the vane rotor,
In the apparatus for rotating the vane rotor and the housing relatively by selectively supplying fluid pressure to the advance pressure chamber and the retard pressure chamber, and changing the valve timing,
A side of the housing and the vane rotor that is close to the driven rotator is referred to as a base end side, and a side away from the driven rotator is referred to as a distal end side, and an inner periphery of the space and an outer periphery of the vane in the housing. When the gap is g1, the gap g1 at the distal end is a1, and the gap g1 at the proximal end is b1, a1 is substantially 0 or a slight value at room temperature, b1 > A1,
A gap g2 between a trough that is an outer peripheral region between the plurality of vanes in the circumferential direction of the vane rotor and an inner periphery of the protrusion is constant,
The gap g2 is so small that oil tightness can be maintained, or is sealed with the seal member provided on the inner periphery of the protrusion.
A valve timing changing device characterized by that.
(8) A valve timing changing device that can change the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, and receives rotational power from a crankshaft through power transmission means such as a belt, a chain, and a gear. A driven rotating body that rotates coaxially with the camshaft, a housing fixed to the driven rotating body, and a vane rotor fixed to the camshaft.
The linear expansion coefficient of the driven rotor is smaller than the linear expansion coefficient of the housing and the vane rotor,
The driven rotating body is supported by the camshaft via a bearing so as to be relatively rotatable,
The housing has a space containing the vane rotor,
The inner circumference of the housing and the outer circumference of the vane rotor are separated from each other by a small gap or are in contact with each other in a selected region,
The inner periphery of the housing is provided with at least one protrusion extending inwardly,
The rotational angle range in which the vane of the vane rotor and the protrusion are in non-contact with each other defines the rotational phase difference limit between the vane rotor and the housing,
An advance pressure chamber and a retard pressure chamber are formed by dividing the space by the vane in the rotation direction of the vane rotor,
In the apparatus for rotating the vane rotor and the housing relatively by selectively supplying fluid pressure to the advance pressure chamber and the retard pressure chamber, and changing the valve timing,
The gap g1 between the inner periphery of the space and the outer periphery of the vane in the housing is constant,
The gap g1 is small enough to maintain oil tightness or is sealed with a seal member provided on the outer periphery of the vane,
A side of the housing and the vane rotor that is close to the driven rotator is referred to as a base end side, a side that is away from the driven rotator is referred to as a distal end side, and a plurality of vanes between the vanes in the circumferential direction of the vane rotor. When the gap between the valley that is the outer peripheral region and the inner periphery of the protrusion is g2, the gap g2 at the tip end is a2, and the gap g2 at the base end is b2, at room temperature, a2 is almost 0 or a slight value, and b2> a2
A valve timing changing device characterized by that.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the present invention.
[0017]
First, a first embodiment of the present invention will be described. 1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4, and 5 show a first embodiment of the present invention. 1A is a front view of the vane rotor according to the first embodiment of the present invention as viewed from the front end side, FIG. 1B is a longitudinal sectional view taken along arrow WW in FIG. 1A, and FIG. ) Is a front view of the housing according to the first embodiment of the present invention as viewed from the base end side, and FIG. 2B is a longitudinal sectional view taken along the line XX in FIG. However, the configuration in which c1 = c2 = 0 in FIG. 2B is the first embodiment, and when c1, c2 ≠ 0, FIG. 2B shows the configuration of the first embodiment of the present invention. This is a modified example (detailed later). FIG. 3 is a cross-sectional view of an example that further embodies the first embodiment of the present invention (a view taken along the ZZ plane of FIG. 4 and viewed in the direction of the arrow. ~ 74, the structure excluding the
[0018]
The valve timing changing device according to the first embodiment includes a
[0019]
The
[0020]
1A, 1B, 3 and 4, the
[0021]
As often shown in FIGS. 2A, 2B, 3 and 4, the
[0022]
The
[0023]
The left end surface of the
[0024]
The flanged hexagon bolt 6 is a fixing means for fastening the
[0025]
The positioning pins 9 are pins embedded in holes formed in the end surface of the sprocket 3 (left side end surface in FIG. 4), and are provided at two symmetrical positions with respect to the axis of the sprocket 3 (however, , Only one positioning pin 9 appears). Thus, the end face of the
[0026]
In the following description, it is assumed that the rotation direction of the
[0027]
As often shown in FIG. 3, in the rotational direction of the
[0028]
In FIG. 3, since the rotation direction of the
[0029]
The hydraulic pressures of the
[0030]
The limit of the rotational phase difference between the
[0031]
Next, oil passages for supplying hydraulic pressure to the
[0032]
[0033]
The
[0034]
The advance hydraulic pressure Pa and the retard hydraulic pressure Pd are respectively supplied to the
[0035]
As described above, the configuration and operation of the valve timing changing device according to the first embodiment of the present invention have been extended. As described above, the first embodiment is characterized in that the
[0036]
As described above, the
[0037]
The temperature of the valve timing changing device almost depends on the temperature of the hydraulic oil supplied from the oil control valve. Shortly after the internal combustion engine is started or when the outside air temperature is low, the temperature of the hydraulic oil is low. When time has elapsed since the start of the internal combustion engine, and when the outside air temperature is high, the temperature of the hydraulic oil is high. When the hydraulic oil temperature is lower than the specified value, the lock pin is operated to fix the
[0038]
The linear expansion coefficient Cf of iron-based sintered alloy is 11 * 10-6The linear expansion coefficient Ca of aluminum alloy is 21 * 10-6It is about / ° C. When the
[0039]
As described above, in the conventional valve timing changing device, if no seal plate is used, the inner periphery of the
[0040]
In this conventional valve timing changer structure, when operating at a temperature higher than 100 degrees above normal temperature, the gap g differs significantly depending on the distance from the
[0041]
In the structure of the conventional valve timing changing device, in order to avoid the contact between the inner periphery of the
[0042]
The above-mentioned two conflicting requirements in the conventional structure, namely the first requirement of maintaining oil tightness between the advance pressure chamber and the retard pressure chamber, and the contact between the
[0043]
In this embodiment, the diameter of the
c = r * δc * δt
It is.
[0044]
Here, an example is given about the
c1 = 40mm * 10 * 10-6/ ℃ * 100 ℃ = 40 * 10− Threemm = 40μm
It becomes.
[0045]
The outer peripheral surface 1a1 of the
[0046]
Now, referring to FIG. 5, in this embodiment, the diameter of the inner periphery of the
[0047]
In the first embodiment of the present invention, the
[0048]
As described above, the
[0049]
As described in detail above, in the valve timing changing device according to the first embodiment of the present invention, the
[0050]
Next, a modification of the first embodiment will be described. In this modification, c1 = c2 = 0 in the
[0051]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIGS. 1A, 1C, 2A, 2C, 3, 4, and 5 show a second embodiment of the present invention. However, the configuration in which c1 = c2 = 0 in FIG. 2 (C) is the second embodiment, and when c1, c2 ≠ 0, FIG. 2 (C) shows the configuration of the second embodiment of the present invention. This is a modified example (described later). The difference between the second embodiment and the first embodiment described above is that the vane rotor 1A has a step on the outer periphery as shown in FIG. In other configurations, the second embodiment is the same as the first embodiment. In the following description, it is assumed that the housing according to the second embodiment is denoted by
[0052]
In the second embodiment, since the inner diameter of the
[0053]
In this second embodiment, the axial length of the remaining H1 / 10 slides with the inner peripheral surface of the
[0054]
Next, a modification of the second embodiment will be described. In this modification, c1 = c2 = 0 in the vane rotor 1A of FIG. 1 (C), and the configuration of FIG. 2 (C) is adopted as the
[0055]
Although the present invention has been specifically described with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments. For example, the driven rotator is the
[0056]
The first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 (B) and the modification of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 (C) are combined, and both the
[0057]
In the first embodiment described above, the outer peripheral surfaces 1a1, 1b1, 1c1, 1d1 of the vanes and the
[0058]
However, in the present invention, both the outer peripheral surface of the vane and the valley portion of the
[0059]
For example, the outer peripheral surface of the vane is tapered, the inner peripheral surface of the concave portion of the
[0060]
As a similar configuration, for example, the outer peripheral surface of the vane is tapered, the inner peripheral surface of the concave portion of the
[0061]
In addition, the outer peripheral surface of the vane and the inner peripheral surface of the recess of the
[0062]
As a similar configuration, for example, the outer peripheral surface of the vane and the inner peripheral surface of the concave portion of the
[0063]
In the preceding four paragraphs, the gap between the outer peripheral surface of the vane and the inner peripheral surface of the recess of the
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described in detail above with reference to the embodiments, the valve timing can be configured with a small number of parts while ensuring the oil tightness of a required pressure chamber without using a seal member such as a seal plate. A change device can be provided. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a valve timing changing device that can easily align the housing and the vane rotor without using a seal member. In addition, according to the present invention, there is provided a valve timing changing device that can secure the required oil tightness of the pressure chamber with a smaller number of seal members than the conventional device and that allows easy alignment of the housing and the vane rotor. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a front view of a vane rotor according to a first embodiment of the present invention as viewed from the front end side thereof, FIG. 1B is a longitudinal sectional view taken along arrow WW, and a vane rotor according to a second embodiment of the present invention; It is WW longitudinal cross-sectional view (C) which shows this.
2A is a front view of the housing according to the first embodiment of the present invention as viewed from the base end side, and FIG. 2B is a longitudinal sectional view taken along the line XX of the housing according to the modification of the first embodiment; In addition, it is a XX longitudinal sectional view (C) showing a housing in a modified example of the second embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view (cut along the ZZ plane in FIG. 4 and viewed in the direction of the arrow in FIG. 4 except that the bolts 6 and 6 in FIG. 71 to 74, the structure excluding the
4 is a longitudinal sectional view taken along the line YY in FIG. 3;
5 is a cross-sectional view showing an enlarged region G in FIG. 4 in order to explain the gap between the outer periphery of the
[Explanation of symbols]
1 ... Vane rotor (impeller)
1A ... Stepped vane rotor
1a, 1b, 1c, 1d ・ ・ ・ ・ ・ Vane
1a1,1b1,1c1,1d1 ・ ・ ・ ・ ・ Vane outer peripheral surface
1a2: Edge edge of outer peripheral surface 1a1
1a3: Base side edge of outer peripheral surface 1a1
1a4... Stepped surface formed on the outer peripheral surface of the
1a5 ・ ・ ・ ・ ・ Outer circumferential surface of
1e, 1f, 1g, 1h ... Vane rotor valley
1e1 ... Outer peripheral surface of
1e8,1f8,1g8,1h8 ... Oil holes extending radially from the through
1f1 ... Outer peripheral surface of valley 1f
1f2: Tip side edge on the outer peripheral surface 1f1 of the valley 1f
1f3: Base end side edge on the outer peripheral surface 1f1 of the valley 1f
1f4: Stepped surface formed on the outer peripheral surface of the valley 1f in the stepped vane rotor 1A
1f5: Outer peripheral surface of valley 1f in stepped vane rotor 1A
12... Through hole into which a bolt 6 for fixing the
13 ... Camshaft contact surface in vane rotor
13a ・ ・ ・ ・ ・ Outer edge of camshaft contact surface
14 ...... Washer (washer) contact surface
14a ...... Outer edge of washer contact surface
15 ... Oil groove
16 ... Oil groove
100a, 101a, 102a, 103a ・ ・ ・ ・ ・ Advance pressure chamber
100b, 101b, 102b, 103b ・ ・ ・ ・ ・ retarding pressure chamber
2 ... Housing
2A ... Stepped housing
2a, 2b, 2c, 2d ... concave
2a1,2b1,2c1,2d1 ・ ・ ・ ・ ・ Inner peripheral surface of the housing in the recess
2a2... Edge side of inner peripheral surface 2a1 in
2a3: Base end side edge of inner peripheral surface 2a1 in
2a4... Stepped surface formed on the inner peripheral surface of the
2e, 2f, 2g, 2h ... ridge
2e1,2f1,2g1,2h1 ・ ・ ・ ・ ・ Inner peripheral surface of ridge
2f2: Tip side edge on the inner peripheral surface 2f1 of the
2f3: Base end side edge on the inner peripheral surface 2f1 of the
2f4: Stepped surface formed on the inner peripheral surface of the
2f5 ... Inner circumferential surface of the
21,22,23,24 ...... Through holes into which bolts for fixing the
25... Open for receiving the hexagon head of the bolt 6 that secures the
26 ・ ・ ・ ・ ・ End face of the base end side of the
3 ... Sprocket
3a, 3b, 3c, 3d: Oil groove provided on the end face of the sprocket and communicating with the
30 ... Teeth
31,32,33,34 ... Female thread provided on the tip side of the sprocket to which the bolt is screwed
35 ・ ・ ・ ・ ・ End face of sprocket
4 ... Camshaft
4a, 4b, 4c, 4d: Oil passages provided in the camshaft
4a1: Oil hole that connects
4e: An annular oil groove formed on the outer periphery of the camshaft
6 ... Hexagon bolt with flange for fixing the
71 ...... Flanged hexagon bolt that passes through the through
71a: Hex head of
71b: Flange provided on hexagon head 71a
8 ...... Washer (washer)
9 ... Positioning pin
a: Clearance between the outer peripheral surface 1e1 of the
b: Clearance between the outer peripheral surface 1e1 of the
c1... radial difference between the leading edge and the proximal edge on the outer peripheral surface of the vane of the vane rotor 1 (or the leading edge and the proximal end on the inner peripheral surface of the recess of the housing 2). The radial difference from the edge of the
c2: Radial difference between the leading edge and the proximal edge on the outer peripheral surface of the valley of the vane rotor 1 (or the leading edge on the inner peripheral surface of the protrusion of the housing 2) (Difference in the radial direction from the proximal edge)
Claims (8)
前記従動回転体の線膨張係数は、前記ハウジング及び前記ベーンロータの線膨張係数より小さく、
前記従動回転体は、軸受けを介して前記カムシャフトにより相対回転可能に支えられ、
前記ハウジングは、前記ベーンロータを内包する空間を有し、
前記ハウジングの内周と前記ベーンロータの外周とは、微少な間隙を隔てているか、又は選択された領域で互いに接触しており、
前記ハウジングの内周には、内方に伸びる少なくとも1つの突条部が設けてあり、
前記ベーンロータのベーンと前記突条部とが互いに非接触である回転角度範囲が、前記ベーンロータとハウジングとの回転位相差限界を規定しており、
前記ベーンロータの回転方向において前記ベーンで前記空間が区画されることにより進角圧力室及び遅角圧力室が形成され、
前記進角圧力室及び遅角圧力室に流体圧力を選択的に供給することにより、前記ベーンロータ及び前記ハウジングを相対的に回転させ、バルブタイミングを変更する装置において、
前記ハウジング及び前記ベーンロータにおける前記従動回転体に近接する側を基端側と称し、前記従動回転体から離れた側を先端側と称するとともに、前記ハウジングの内周と前記ベーンロータの外周との間隙をg、前記先端側の端における間隙gをa、前記基端側の端における間隙gをbとするとき、常温においては、aはほぼ0であるか又は微少な値であり、b>aである
ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。A valve timing changing device that makes it possible to change the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, and cams by receiving rotational power from a crankshaft through power transmission means such as a belt, a chain, and a gear A driven rotating body that rotates coaxially with the shaft, a housing fixed to the driven rotating body, and a vane rotor fixed to the camshaft;
The linear expansion coefficient of the driven rotor is smaller than the linear expansion coefficient of the housing and the vane rotor,
The driven rotating body is supported by the camshaft via a bearing so as to be relatively rotatable,
The housing has a space containing the vane rotor,
The inner circumference of the housing and the outer circumference of the vane rotor are separated from each other by a small gap or are in contact with each other in a selected region,
The inner periphery of the housing is provided with at least one protrusion extending inwardly,
The rotational angle range in which the vane of the vane rotor and the protrusion are in non-contact with each other defines the rotational phase difference limit between the vane rotor and the housing,
An advance pressure chamber and a retard pressure chamber are formed by dividing the space by the vane in the rotation direction of the vane rotor,
In the apparatus for rotating the vane rotor and the housing relatively by selectively supplying fluid pressure to the advance pressure chamber and the retard pressure chamber, and changing the valve timing,
The side of the housing and the vane rotor that is close to the driven rotator is referred to as a base end side, the side that is away from the driven rotator is referred to as a distal end side, and a gap between the inner periphery of the housing and the outer periphery of the vane rotor. g, where the gap g at the distal end is a and the gap g at the proximal end is b, at normal temperature, a is almost 0 or a slight value, and b> a There is a valve timing changing device.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のバルブタイミング変更装置。When the thickness of the vane rotor in the axial direction from the end on the distal end side to the end on the proximal end side is w, the vane rotor is at a position P1 having an axial distance of about w / 10 or less from the end on the distal end side. A step is provided on the outer periphery of the housing or the inner periphery of the housing, and g = a between the end on the front end side and the position P1, and g = b between the position P1 and the end on the base end side. The valve timing changing device according to claim 1, wherein the valve timing changing device is a valve timing changing device.
前記従動回転体の線膨張係数は、前記ハウジング及び前記ベーンロータの線膨張係数より小さく、
前記従動回転体は、軸受けを介して前記カムシャフトにより相対回転可能に支えられ、
前記ハウジングは、前記ベーンロータを内包する空間を有し、
前記ハウジングの内周と前記ベーンロータの外周とは、微少な間隙を隔てているか、又は選択された領域で互いに接触しており、
前記ハウジングの内周には、内方に伸びる少なくとも1つの突条部が設けてあり、
前記ベーンロータのベーンと前記突条部とが互いに非接触である回転角度範囲が、前記ベーンロータとハウジングとの回転位相差限界を規定しており、
前記ベーンロータの回転方向において前記ベーンで前記空間が区画されることにより進角圧力室及び遅角圧力室が形成され、
前記進角圧力室及び遅角圧力室に流体圧力を選択的に供給することにより、前記ベーンロータ及び前記ハウジングを相対的に回転させ、バルブタイミングを変更する装置において、
前記ハウジング及び前記ベーンロータにおける前記従動回転体に近接する側を基端側と称し、前記従動回転体から離れた側を先端側と称するとともに、前記ハウジングにおける前記空間の内周と前記ベーンの外周との間隙をg1、前記先端側の端における間隙g1をa1、前記基端側の端における間隙g1をb1とするとき、常温においては、a1はほぼ0であるか又は微少な値であり、b1>a1であり、
前記ベーンロータの周方向における複数の前記ベーン相互の間の外周領域である谷部と前記突条部の内周との間隙g2は一定であり、
前記間隙g2は、油密を保てる程に微小であるか、又は前記突条部の内周に設けられた前記シール部材で封止してある
ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。A valve timing changing device that makes it possible to change the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, and cams by receiving rotational power from a crankshaft through power transmission means such as a belt, a chain, and a gear A driven rotating body that rotates coaxially with the shaft, a housing fixed to the driven rotating body, and a vane rotor fixed to the camshaft;
The linear expansion coefficient of the driven rotor is smaller than the linear expansion coefficient of the housing and the vane rotor,
The driven rotating body is supported by the camshaft via a bearing so as to be relatively rotatable,
The housing has a space containing the vane rotor;
The inner circumference of the housing and the outer circumference of the vane rotor are separated from each other by a small gap or are in contact with each other in a selected region,
On the inner periphery of the housing, at least one ridge extending inward is provided,
The rotational angle range in which the vane of the vane rotor and the protrusion are in non-contact with each other defines the rotational phase difference limit between the vane rotor and the housing,
An advance pressure chamber and a retard pressure chamber are formed by dividing the space by the vane in the rotation direction of the vane rotor,
In the apparatus for rotating the vane rotor and the housing relatively by selectively supplying fluid pressure to the advance pressure chamber and the retard pressure chamber, and changing the valve timing,
A side of the housing and the vane rotor that is close to the driven rotator is referred to as a base end side, and a side away from the driven rotator is referred to as a distal end side, and an inner periphery of the space and an outer periphery of the vane in the housing When the gap g1 is a1, the gap g1 at the distal end is a1, and the gap g1 at the proximal end is b1, a1 is substantially 0 or a slight value at room temperature, b1 > A1,
A gap g2 between a trough that is an outer peripheral region between the plurality of vanes in the circumferential direction of the vane rotor and an inner periphery of the protrusion is constant,
The valve timing changing device according to claim 1, wherein the gap g2 is small enough to maintain oil tightness or is sealed with the seal member provided on the inner periphery of the protrusion.
前記従動回転体の線膨張係数は、前記ハウジング及び前記ベーンロータの線膨張係数より小さく、
前記従動回転体は、軸受けを介して前記カムシャフトにより相対回転可能に支えられ、
前記ハウジングは、前記ベーンロータを内包する空間を有し、
前記ハウジングの内周と前記ベーンロータの外周とは、微少な間隙を隔てているか、又は選択された領域で互いに接触しており、
前記ハウジングの内周には、内方に伸びる少なくとも1つの突条部が設けてあり、
前記ベーンロータのベーンと前記突条部とが互いに非接触である回転角度範囲が、前記ベーンロータとハウジングとの回転位相差限界を規定しており、
前記ベーンロータの回転方向において前記ベーンで前記空間が区画されることにより進角圧力室及び遅角圧力室が形成され、
前記進角圧力室及び遅角圧力室に流体圧力を選択的に供給することにより、前記ベーンロータ及び前記ハウジングを相対的に回転させ、バルブタイミングを変更する装置において、
前記ハウジングにおける前記空間の内周と前記ベーンの外周との間隙g1は一定であり、
前記間隙g1は、油密を保てる程に微小であるか、又はベーンの外周に設けられたシール部材で封止してあり、
前記ハウジング及び前記ベーンロータにおける前記従動回転体に近接する側を基端側と称し、前記従動回転体から離れた側を先端側と称するとともに、前記ベーンロータの周方向における複数の前記ベーン相互の間の外周領域である谷部と前記突条部の内周との間隙をg2、前記先端側の端における間隙g2をa2、前記基端側の端における間隙g2をb2とするとき、常温においては、a2はほぼ0であるか又は微少な値であり、b2>a2である
ことを特徴とするバルブタイミング変更装置。A valve timing changing device that makes it possible to change the valve timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, and cams by receiving rotational power from a crankshaft through power transmission means such as a belt, a chain, and a gear A driven rotating body that rotates coaxially with the shaft, a housing fixed to the driven rotating body, and a vane rotor fixed to the camshaft;
The linear expansion coefficient of the driven rotor is smaller than the linear expansion coefficient of the housing and the vane rotor,
The driven rotating body is supported by the camshaft via a bearing so as to be relatively rotatable,
The housing has a space containing the vane rotor,
The inner circumference of the housing and the outer circumference of the vane rotor are separated from each other by a small gap or are in contact with each other in a selected region,
The inner periphery of the housing is provided with at least one protrusion extending inwardly,
The rotational angle range in which the vane of the vane rotor and the protrusion are in non-contact with each other defines the rotational phase difference limit between the vane rotor and the housing,
An advance pressure chamber and a retard pressure chamber are formed by dividing the space by the vane in the rotation direction of the vane rotor,
In the apparatus for rotating the vane rotor and the housing relatively by selectively supplying fluid pressure to the advance pressure chamber and the retard pressure chamber, and changing the valve timing,
The gap g1 between the inner periphery of the space and the outer periphery of the vane in the housing is constant,
The gap g1 is small enough to maintain oil tightness or is sealed with a seal member provided on the outer periphery of the vane,
A side of the housing and the vane rotor that is close to the driven rotator is referred to as a base end side, a side that is away from the driven rotator is referred to as a distal end side, and a plurality of vanes between the vanes in the circumferential direction of the vane rotor. When the gap between the valley that is the outer peripheral region and the inner periphery of the protrusion is g2, the gap g2 at the tip end is a2, and the gap g2 at the base end is b2, at room temperature, a2 is a valve timing changing device characterized in that a2 is almost 0 or a minute value, and b2> a2.
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